Приложение 4 - Новосибирский государственный университет

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФГБОУ ВПО «Новосибирский национальный исследовательский
государственный университет (НГУ)»
Факультет Естественных Наук
УТВЕРЖДАЮ
___________________________
"__" __________________20__ г.
Рабочая программа дисциплины (модуля)
Организация и функционирование молекулярно-генетических систем 3:
методы анализа генетических текстов
Направление подготовки
020400.62 биология
Квалификация (степень) выпускника
Бакалавр
Форма обучения
Очная
Новосибирск
2014
Дисциплина «Организация и функционирование молекулярногенетических систем 3: методы анализа генетических текстов» является
частью профессионального цикла, вариативная часть (профильная
дисциплина по выбору) ООП по направлению подготовки 020400.62
«биология» (квалификация бакалавр). Дисциплина реализуется на факультете
естественных наук Национального исследовательского университета
Новосибирский государственный университет кафедрой информационной
биологии ФЕН НГУ.
Содержание дисциплины – информация об основных методах поиска,
представления и анализа данных в информационной биологии, в том числе и
о способах массового (полногеномного) анализа данных; основных методах
анализа нуклеотидных и аминокислотных последовательностей, освоение
студентами ряда методов стандартных средств обработки информации,
включая прикладные программы поиска и анализа, интернет-ресурсы и базы
данных по биоинформатической тематике.
Дисциплина нацелена на формирование общекультурных ОК-3, ОК-4,
ОК-6, ОК-12 и профессиональной ПК-7 компетенций выпускника.
Преподавание дисциплины предусматривает следующие формы
организации учебного процесса: 30 ч. лекции, самостоятельная работа
студента 6 ч. И контроль 36ч. Программой дисциплины предусмотрен
рубежный контроль в форме устного экзамена. Общая трудоемкость
дисциплины составляет 2 зачетных единицы, 72 академических часа.
1. Цели освоения дисциплины
Целями освоения дисциплины (модуля) являются:
Ознакомление студентов с современными представлениями об (1) основных
методах поиска, представления и анализа данных в информационной
биологии, в том числе и (2) о способах массового (полногеномного) анализа
данных; (3) основных методах анализа нуклеотидных и аминокислотных
последовательностей. Для достижения поставленной цели выделяются
задачи освоения студентами методов рядом стандартных средств обработки
информации, включая прикладные программы поиска и анализа, интернетресурсы и базы данных по биоинформатической тематике.
2. Место дисциплины в структуре ООП
Дисциплина «Организация и функционирование молекулярногенетических систем 3: методы анализа генетических текстов» (далее
ОиФМГС3:МАГТ) является частью профессионального цикла, вариативная
часть (профильная дисциплина по выбору) ООП по направлению подготовки
020400.62 «биология» (квалификация бакалавр).
Дисциплина опирается на следующие дисциплины данной ООП:
 Молекулярная биология;
 Генетика;
 Биометрия;
 Математическая статистика.
Результаты освоения дисциплины ОиФМГС3:МАГТ используются при
подготовке дипломной работы и в следующих дисциплинах вариативной
части цикла ООП:
 Организация и функционирование молекулярно-генетических систем 2:
регуляторные геномные последовательности;
 Организация и функционирование молекулярно-генетических систем 4:
генные сети;
 Эволюционная биология 1: теория молекулярной эволюции.
3. Компетенции обучающегося,
освоения дисциплины (модуля).
формируемые
в
результате
 общекультурные компетенции:
- приобретает новые знания и формирует суждения по научным,
социальным и другим проблемам, используя современные
образовательные и информационные технологии (ОК-3),
- выстраивает и реализует перспективные линии интеллектуального,
культурного, нравственного, физического и профессионального
саморазвития и самосовершенствования (ОК-4),
- использует в познавательной и профессиональной деятельности
базовые знания в области математики и естественных наук, применяет
методы математического анализа и моделирования, теоретического и
экспериментального исследования (ОК-6),
- использует основные технические средства в профессиональной
деятельности: работает на компьютере и в компьютерных сетях,
использует универсальные пакеты прикладных компьютерных
программ, создает базы данных на основе ресурсов Интернет, способен
работать с информацией в глобальных компьютерных сетях (ОК-12);
 профессиональные компетенции:
- понимает роли эволюционной идеи в биологическом мировоззрении;
имеет современные представления об основах эволюционной теории, о
микро- и макроэволюции (ПК-7).
В результате освоения дисциплины обучающийся должен:
•Знать: способы представления информации в геномных базах данных, типы
функциональных кодов геномной ДНК, достоинства и недостатки методов
распознавания функциональных сайтов в геномной ДНК, основные способы
конвейерной обработки данных массового анализа
•Уметь: самостоятельно делать запросы в геномные базы данных и извлекать
их результаты, находить данные по виду организма/гену/метаболическому
пути или термину геномной онтологии с помощью баз данных; рассчитывать
статистические характеристики, используемые для сравнения точности
разных методов распознавания
•Владеть основными методами поиска информации по молекулярнобиологической тематике, уметь составлять выборки данных,
4. Структура и содержание дисциплины (модуля).
Общая трудоемкость дисциплины составляет 2 зачетные единицы (72
часа).
Раздел дисциплины
Формы текущего
контроля
успеваемости (по
неделям семестра)
Формы
промежуточной
аттестации (по
семестрам)
Операции
с 8
последовательностями, доступ
к данным и форматы данных.
Базы
данных
последовательностей
ДНК
EMBL и GenBank
1
2
3
2
Устный опрос
2
Обзор задач биоинформатики, 8
связанных с анализом и
обработкой
текстовых
последовательностей
2
2
3
2
Устный опрос
3
Исследование повторов в 8
текстах.
Формальные
языковые системы
3
2
2
Устный опрос
4
Исследование повторов
текстах. Алгоритмы
в 8
4
2
2
Устный опрос
5
Типы функциональных кодов 8
геномной ДНК
5
2
2
Устный опрос
6
Геномные базы данных (1)
8
6
2
2
Устный опрос
7
Геномные базы данных (2)
8
7
2
2
Устный опрос
СРС
1
лекции
КСР
Виды учебной работы,
включая
самостоятельную
работу студентов и
трудоемкость (в часах)
Семинар
ы
Семестр
п/п
Неделя семестра
№
8
8
2
2
Устный опрос
9
Методы
предсказания 8
структуры генов эукариот
9
2
2
Устный опрос
10
Статистические
8
характеристики, используемые
для
сравнения
точности
разных методов распознавания
10
2
2
Устный опрос
11
ChIP-Seq: секвенирование,
8
технологии и задачи
биоинформатики
Статистический
анализ 8
микрочиповых данных
11
2
2
Устный опрос
12
2
2
Устный опрос
13
Базы данных и интернет- 8
ресурсы PubMed, GenBank,
BLAST, BLAST2
13
2
4
Устный опрос
14
Геномные базы данных и
8
геномные браузеры: BLAT,
Table Browser (UCSC), Gene
(NCBI), ENSEMBL
Распознавание сайтов
8
связывания транскрипционных
факторов, применение весовых
матриц, оценка точности
14
2
4
Устный опрос
15
2
4
Устный опрос
8
12
15
Распознавания
функциональных
геномной ДНК
сайтов
в
Экзамен
6
Итого
30
6
36
5. Образовательные технологии, применяемые при освоении
дисциплины (модуля)
В интерактивной форме предусмотрено проведение занятий (6ч = 3*2ч).
В процессе обучения важную роль играет знакомство с интернет доступными
базами данных и специализированным компьютерным программам, занятия
проходят в форме семинаров в компьютерном классе, где каждый
обучающийся имеет доступ к сети интернет. В процессе выполнения
стандартных заданий происходит взаимодействие студента как с
преподавателем, так и непосредственно с изучаемым интернет-ресурсом. При
такой интерактивной форме, а преподаватель может легко контролировать
результат обучения.
6. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы
студентов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости,
промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины.
Самостоятельная работа состоит в применении изученного материала
лекций для работы с базами данных и интерфейсами программ визуализации
и анализа и аминокислотных последовательностей. Самостоятельная работа с
интернет-ресурсами состоит в знакомстве с возможностями веб-интерфейса,
приобретение навыков для быстрого получения информации, например
создание и подача простейших логических запросов.
Примеры вопросов для самостоятельной работы:
 С помощью карточек баз данных EMBL и GenBank пояснить термины:
структура генов эукариот. Альтернативный сплайсинг. Основные типы
информации, использующейся для распознавания генов;
 С помощью визуализации геномного браузера пояснить понятия: коды
трансляции; коды нуклеосомной организации ДНК; коды доменнопетлевой организации ДНК; коды пространственной структуры белков;
 Каким образом оценка точности метода распознавания может быть
использована
для
анализа
полногеномных
данных
по
иммунопреципитации хроматина (эксперимент ChIP-Seq)?
7. Данные для учета успеваемости студентов в БАРС
Таблица 1. Таблица максимальных баллов по видам учебной деятельности.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Другие
Лаборатор Практичес
Автоматизиро
виды
Промежут
Лекци
Самостоятел
Семестр
ные
кие
ванное
учебной
очная
Итого
и
ьная работа
занятия
задания
тестирование деятельнос аттестация
ти
8
480
0
60
40
580
Программа оценивания учебной деятельности студента
8й семестр
Лекции
Оценивается знание материала; знакомство с терминологией, понимание
причинно-следственных связей.
Диапазон оценок 0-40
Практические задания
Оценивается правильность приобретенных навыков, например знание
наиболее эффективного пошагового процесса подачи логического запроса в
базу данных по научным публикациям.
Диапазон оценок 0-20
Самостоятельная работа
Оценивается творческое владение материалом с помощью простейших
вопросов, позволяющих отделить механически заученный материал от
понятого. Например, студент на экзамене должен объяснить не только как
делается оценка точности метода, но и (1) зачем нужна эта процедура и (2)
прояснить пошагово процедуру оценки на конкретном примере.
Диапазон оценок 0-40
Максимальное количество баллов, которое может набрать студент за семестр
составляет 580.
Для получения допуска к экзамену студент должен получить не менее 290
баллов.
Итоговая оценка учебной деятельности студента производится с помощью
экзамена, который проходит в форме собеседования. Целью проверки
является не выявление механического запоминания информации, а контроль
понимания предмета. Это понимание состоит не только в знаниях, но и в
умении ими творчески воспользоваться, что становится возможно только на
основе понимания причинно-следственных связей, заложенных в
приобретенных знаниях. Студент не только должен знать, что делать для
выполнения конкретной задачи, он должен также понимать (1) зачем
целесообразно применять конкретный механизм решения задачи и (2) как
достичь цели наиболее эффективным способом. Оценивается результат
экзамена по пятибалльной шкале.
Таблица 2. Таблица пересчета полученной студентом суммы баллов по
дисциплине ОиФМГС3:МАГТ в оценку (экзамен):
5 баллов
4 балла
3 балла
2 и менее
балла
«отлично»
«хорошо»
«удовлетворительно»
«не удовлетворительно»
8.
Учебно-методическое
и
информационное
обеспечение
дисциплины (модуля).
а) основная литература:
 Бородовский М., Екишева С. Задачи и решения по анализу биологических
последовательностей. – М.: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика»,
2008. – 440 с.
 Игнасимуту С. Основы биоинформатики. – М.: НИЦ «Регулярная и
хаотическая динамика», 2007. – 320 с.
 Дурбин Р., Эдди Ш., Крог А., Митчисон Г. Анализ биологических
последовательностей. – М.: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика»,
2006. – 480 с.

Леск А. Введение в биоинформатику. – М.: Бином. Лаборатория знаний,
2009. – 318 с.
б) дополнительная литература:
 Системная компьютерная биология. Под редакцией: Н.А. Колчанов, В.А.
Лихошвай, С.С. Гончаров, В.А. Иванисенко, Новосибирск: Сибирское
отделение Российской академии наук, 2008. — 768с
 Сетубал Ж., Мейданис Ж. Введение в вычислительную молекулярную
биологию. – М.: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2007. –
420 с.
в) программное обеспечение и Интернет-ресурсы
 Кафедра информационной биологии НГУ
(http://www.bionet.nsc.ru/chair/cib/)
 Слайды лекций по дисциплине ОиФМГС3:МАГТ
(http://kib.nsu.ru/?page_id=538)
 Русскоязычный портал молекулярных биологов –
(http://www.molbiol.ru)
 Факультет биоинженерии и биоинформатики Московского
Государственного Университета (http://www.fbb.msu.ru/)
 Многофункциональные базы данных PubMed (http://www.pubmed.com),
Ensembl http://www.ensembl.org, UCSC Genome Browser
http://genome.ucsc.edu/ (английский язык).
 Словарь
терминов
биоинформатики
(англ.)
http://bio.fizteh.ru/student/files/bioinformatics/books/glossary_bioinf.html
9. Материально-техническое обеспечение дисциплины (модуля)
Для проведения лекций необходимы ноутбук или персональный
компьютер, медиа-проектор, экран, программное обеспечение для
демонстрации слайд-презентаций. Для проведения отдельных лекций нужен
терминальный класс (набор персональных компьютеров с выходом в
интернет).
Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО и с OC
ВПО, принятыми в ФГАОУ ВО Новосибирский национальный
исследовательский государственный университет с учетом рекомендаций
ООП ВПО по подготовке бакалавров по направлению 020400.62 «Биология».
Автор: Левицкий В.Г., к.б.н., доцент кафедры информационной биологии
ФЕН НГУ, с.н.с. лаборатории молекулярно-генетических систем Института
Цитологии и Генетики СО РАН.
Программа одобрена на заседании кафедры информационной биологии
Факультета естественных наук НГУ 04 августа 2014 года, протокол № 9 (65).
Секретарь кафедры _____________ Т.А. Бухарина